基于LabVIEW的環境噪聲自動監測系統設計

張 寧，王 冰

（中國電子科技集團公司 第四十九研究所， 哈爾濱 150001）

基于LabVIEW的環境噪聲自動監測系統設計

張 寧，王 冰

（中國電子科技集團公司 第四十九研究所， 哈爾濱 150001）

針對現有噪聲監測系統的理論研究較多，沒有成熟產品的問題，本文設計了基于LabVIEW軟件的環境噪聲自動監測系統。利用電聲性能較好的駐極體噪聲傳感器對噪聲信號進行采集，LabVIEW軟件將噪聲數據采集到上位機，并對原始信號進行分析、處理，再通過無線傳輸模塊將分析好的噪聲值發送到噪聲監測終端，實現了噪聲的自動管理及監測。本系統具有測量精度高、穩定性好、環境適應性強等特點。

噪聲監測；無線傳輸；LabVIEW

引言

近年來我國政府及有關部門已加強對環境噪聲污染的治理、防治等工作，制定并執行強制性的噪聲控制和管理法規，保證城市寧靜環境。噪音污染主要來源于交通運輸、車輛鳴笛、工業噪音、建筑施工、社會噪音如音樂廳、高音喇叭等。為了保護人們正常學習、工作和休息的生活環境，需要對現有的環境噪聲進行全方位的監測，如在城市中的道路交通干線道路、內河航道、鐵路主、次干線兩側區域、市區內建筑施工工地及居民居住與工業生產結合區域安放環境噪聲監測系統，對工業企業廠界噪聲 、交通干道噪聲、建筑施工場界噪聲、城市區域環境噪聲、社會生活環境噪聲進行檢測監測和評估。

由于國外城市的工業化發展比較早，因此環境噪聲監測工作開展的時間也早于我國，美國、日本等發達國家在這方面的研究已經比較成熟，比如丹麥的B&K公司，挪威的NorSonic公司。尤其在噪聲信號的處理和分析等方面都達到了比較高的水平，可進行自動噪聲信號監測、數據處理分析、傳輸及信息共享等。目前國內針對環境噪聲監測的相關技術已經出現較多專利，比如其中關鍵技術傳聲器的專利。但這些專利至今尚未切實地轉化為成熟產品。

本文針對環保局環境監測中心組建環境噪聲監測網絡的需求，對噪聲信號檢測、無線數據傳輸及監測系統整體環境適應性等關鍵技術進行了研究。通過解決噪聲傳感器高精度測量、溫度補償、高穩定性工作與數據可靠傳輸等問題，使環境噪聲監測系統具有穩定性好、準確度高、響應快、環境適應性強、可實現24小時全天候工作，自動管理無需人工值守，將采集數據無線傳輸至環境監測中心等功能。

1 系統組成

環境噪聲自動監測系統組成如圖1所示。

圖1 系統組成圖

2 網絡架構（圖2）

圖2 網絡結構圖

環境噪聲自動監測系統是通過在中心服務器上安裝一個服務程序，實現對噪聲監測終端中的數據自動讀取，并保存到數據庫；將客戶端對噪聲監測終端和數據庫的操作轉發給噪聲監測終端和數據庫，并將操作結果返回給客戶端；進行短信報警的操作；完成公共信息發布。

3 系統的設計和實現

3．1 噪聲傳感器

駐極體傳聲器也稱駐極話筒，原理同電容式傳聲器，它是在常規的電容傳聲器中引入駐極體材料，并在制造過程中使駐極體材料極化。駐極體是一種永久極化的電介質，使用駐極體高分子材料制備振膜或固定電極（后極板），無需外加極化電壓，前置放大器使用低噪聲的場效應管即可，如圖3所示。主要結構形式有兩種:一種是用駐極體高分子薄膜材料作振膜；另一種是用駐極體材料做后極板。駐極體傳聲器的特點是結構簡單，電聲性能較好，價格低，應用較廣泛，抗振能力強，容易小型化。

圖3 噪聲傳感器結構圖

3．2 無線數據傳輸技術

該環境噪聲監測系統主要包括三部分：前端監測傳感器、信號采集處理部分和無線數據傳輸部分。無線數據傳輸部分可以是基于Modem 的無線因特網，也可以是基于GPRS 或CDMA 技術的移動通信網，或者也可采用無線電波通信。通過無線通信網絡實現與環境監測中心的信息交換。前端傳感器和信號采集處理部分完成噪聲采樣點的數據采集及處理任務，結合我國移動無線網絡的覆蓋率，本系統采用中國電科52所研制的DTU WT-3102型GPRS移動數據傳輸模塊。

3．3 噪聲智能采集模塊

噪聲信號采集部分采用NI智能數據采集模塊NI 4432，如圖4所示，該模塊采用USB接口方式支持Win XP、Win7、Win Vista等操作系統，可兼容LabVIEW、C/C++、Visual Basic6.0及Visual Studio等多個開發軟件。模塊內集成了計數器、定時器、模擬輸入輸出及數字I/O等功能功能部件，可通過自校準中補償非線性誤差，確保信號范圍內模擬測量的精確性。

圖4 NI4432智能數據采集模塊

3．4 監測系統環境適應性

圖5 雙箱體結構

城市區域環境噪聲監測系統的基本理論已經較為完善，并有相應原理樣機的研制，但原理樣機在穩定性和可靠性等方面（如防潮、防塵等）不能滿足實際需求。因此本系統采用雙箱體結構的防水防潮結構，如圖5所示。該箱體由外層金屬箱體、電器安裝箱、保溫材料夾層等結構組成。箱體的引線開孔處均設有PG頭防塵、防水防護措施，防護等級可達到IP65等級。

3．5 系統軟件設計

圖6 系統軟件界面

系統采用LabVIEW軟件作為上位機的噪聲采集和分析處理軟件。該軟件是一種圖形化的編程語言，被工業界和學術界看做一個標準的數據采集和儀器控制人機。具有良好的人機交互界面，操作方便，界面友好直觀。

本系統的軟件由采集、分析和顯示等幾部分組成。通過軟件來采集噪聲傳感器感應的噪聲信號，在程序中將采集的噪聲信號進行分析處理，轉換成DB值，最后由軟件界面顯示出來。如圖6所示。

4 結論

基于LabVIEW的環境噪聲自動監測系統通過對環境噪聲高精度的測量、利用采集模塊和LabVIEW軟件，實現環境噪聲自動采集及數據處理、噪聲信息的自動傳輸，最終可完成環境噪聲的全天候實時監測及自動管理。

本系統的建立對于政府及有關部門對環境噪聲污染防治工作的有效展開起著關鍵作用，對保證城市寧靜環境，還人們一片安靜祥和的生活環境具有重要的意義。

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Design of Environmental Noise Automatic Monitoring System Based on LabVIEW

ZHANG Ning, WANG Bing
(No.49th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Harbin 150001)

At present, noise monitoring system call more attention to the theoretical study, but the mature products are less. Aiming at this problem, the environmental noise automatic monitoring system based on LabVIEW software is designed in this paper. The noise signal is collected by electret sensor which has better acoustic performance, LabVIEW software passes the data acquisition to the upper machine, and processes and analyzes the original signal, then analyzed signal is sent to the noise monitoring terminal through the wireless transmission module, thus the noise can be managed and monitored automatically. The system has the advantages of high measurement precision, better stability and strong adaptability to environment.

noise monitoring; wireless transmission; LabVIEW

TP212

A

1004-7204(2017)04-0122-03

張寧（1981-），男，黑龍江省哈爾濱市人，工程碩士，工程師，研究方向：傳感器設計及測試測量技術。